技术资料垂直炉管

技術資料垂直爐管1National

Nano

Device

L

aboratoriesCreate

for

the

future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料1、概觀2、模組介紹2National

Nano

Device

L

aboratoriesCreate

for

the

future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料1、概觀3National

Nano

Device

L

aboratoriesCreate

for

the

future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料1

.1

A-400A-400是模組化爐管，設計為處理矽晶片，如半導體元件製造的一部份。A-400結構由下列組成：諒Work-In-P

rog

re

s

s

（WIP

）s

ta

tion諒R

obot

s

e

ction諒R

e

a

ctor

module

（two

or

thre

e

）WIP

S

ta

tionWIP

s

ta

tion包含一組Ca

rous

e

l，共有三層，每一層能置放8個晶舟（每個晶舟可放25片晶片）。WIP

s

ta

tion共可容納24個晶舟(600片晶片)。操作欲進入到Ca

rous

e

l須過裝設在WIP側面的操作門。

Rob

ot

S

e

c

tionRobot藉由氣密門隔離WIP和Re

a

ctor模組［Ope

n僅當Loa

ding和Unloa

ding時］。Robot傳送晶片從WIP到Re

a

ctor

boa

t載入位置。

Re

a

c

tor

ModuleRe

a

ctor

Module是個小型裝置，包含Re

a

ctor

tube，Boa

t

e

le

va

tor，3個Boa

tpos

ition

corous

e

l和所有電子及供氣系統零件供應此模組。Re

a

ctor

ca

rous

e

l配件，提供最大3個石英B

oa

t的位置。如同Ca

rous

e

l旋轉，移動Boa

t到三個位置之一。諒Loa

d

pos

ition：相對於Robot位置，提供晶片載入位置。諒P

roce

s

spos

ition：當Boa

t移動到Re

a

ctor

tube下面，能夠被Boa

t

Ele

va

tor升起進到製程Tube。諒Cooldown

pos

ition：當製程結束時，Boa

t

e

le

va

tor將Boa

t降下，再旋轉至此位置冷卻Boa

t中之晶片［大約15分鐘］，避免晶片過熱，在傳送過程中導致破片。氣體系統被架構給予特殊處理，不是整合在模組櫃中，就是包含在氣體櫃中，建構在Re

a

ctor模組側面。4National

Nano

Device

L

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future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料泵浦系統給予低壓製程，由AS

M提供。1.2製程A-400製程包括如下：Atmos

phe

ric

P

roc

e

s

s

e

s諒Dry／We

t

OxideLow

P

re

s

s

ure

P

roc

e

s

s

e

s諒P

oly

S

ilicon諒HF

Va

por共同的零件及標準模組配置容易維修和系統之親和性特性模組化設計A-400能支援一或二個甚至三個Re

a

ctor模組，組合在單一的WIP

s

ta

tion和Robot

s

e

ction。這設計提供下列優點：諒製程是“Ca

s

s

e

tte-to-Ca

s

s

e

tte”，在乾淨、含氧量及塵粒減少的環境。諒製程執行在獨立性的晶片操作。諒中央的R

obot完成所有晶片傳輸。諒機台置於無塵室的空間是最小。諒日後額外的模組能夠被增加到單一R

e

a

ctor系統。諒在沒有改變R

obot及WIP情況下，模組能夠更換支援不同的製程。諒共同的零件及標準模組配置容易維修和系統之親和性。諒各模組備份零件常常可互相交換使用。1.3.2製程群集諒兩個模組能夠執行同一製程，提供高生產量。諒各模組能執行不同製程。諒各模組能順序地完成兩個不同製程。1.3.3周圍環境的控制在A-400組織中，任一模組和區域可單獨地P

urg

e，藉由重覆循環過濾的空氣。

N2

purg

e引入機台中，以減少含氧量。介於Robot和模組，氣密門僅當Loa

ding和Unloa

ding及機台內之氧含量在予許的範圍內，才予以開啟。維持任一模組在可控制的環境下和防止介於各模組中交互污染。1.3.4中央Robot操作5Robot

s

e

ction由Ge

nma

rk

Ge

ncobotⅣrobot構成，穩定地傳送晶片介於WIP

s

ta

tion和Re

a

ctor

s

e

ction間。National

Nano

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future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料Robot

s

e

ction擁有光學自我校正機構，在晶片傳送過程中可排除塵粒產生的可能性和例行維護過程中花費最少的時間。1.3.5自動化晶片操作和製程順序由Robot和Log

is

tics控制器來控制。另外，許多操作和維修任務可自動的單鈕操作。A-400有自動化標準模式。若機台閒置時，空的Boa

t會被載入至製程Tube，Tube門關閉及S

ta

ndbyre

cipe被啟動。選擇性晶片操作／傳送選擇性S

ta

nda

rd

Me

c

ha

nic

a

l

Inte

rfa

c

e

（S

MIF）裝置S

MIF裝置連接在此系統無塵室側面的S

MIF

pod和WIP

ca

rous

e

l給予晶片及晶舟的傳送。

Tub

e

to

Tub

e允許傳送晶片從一個Re

a

ctor模組到其他模組給予循序地晶片處理。1.4.2氣體／泵浦系統選擇性N2

purg

eN2

purg

e能引入重覆循環的空氣，在WIP、Robot和Re

a

ctor模組。

N2的高流量快速地減少含氧量，因此減少晶片表面的氧化。O2分析器安裝在各模組中，以隨時監控氧含量。壓力控制－N2注入或節流閥壓力調節不是藉由N2注入介於Blowe

r和泵浦中，就是藉由節流閥和壓力控制器的使用。氣體櫃在A-400系統中，氣體系統座落在Re

a

ctor模組內。1.4.3控制界面的選擇有下列界面可供利用：F

la

t

P

a

ne

l

Dis

pla

y（FP

D）6National

Nano

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future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料P

CS提供簡單，架構使用者介面，減輕許多操作者時間消耗任務，諸如Downloa

d

re

cipe和ta

ble。FP

D是一台小型的觸摸螢幕，提供A-400完全的控制。

FP

D一般在固定在吊門上。分離的FP

D為了方便能被安裝在其他位置，以利控制。

Mic

ro

S

ys

te

mControlle

r（MS

C

II）MS

C

II是一台電腦控制器，提供FP

D所有的功能。另外，MS

C

II提供資料登入在硬碟中。MS

C

II功能可供給檢查歷史趨勢和報告系統事件。

MS

C

II

Control

S

ta

tionsMS

C

II

Control

S

ta

tion是一台電腦控制器，取代FP

D當做A-400組織的控制裝置。

Control

s

ta

tion經由本域網路連接到MS

C

II

s

upe

rvis

or。Re

mote

Hos

t

Control（RHC）MS

C

II的組合，RHC包裝根據你的要求去允許搖控和記錄。

S

ECS

I和I通訊標準化可支援。P

roduc

tion

Control

S

ys

te

m（P

CS

）P

CS是批次導向功能介面到操作者和A-400控制器。P

CS提供簡單，架構使用者介面，減輕許多操作者時間消耗任務，諸如Downloa

d

re

cipe和ta

ble。1.5安全性A-400被建立在高標準下給予人員及設備安全性。人員安全一些人員安全性特色如下：諒E

me

rg

e

ncy

off（EMO）按鈕位於較易看到的位置。

EMO按鈕關掉所有系統。諒Motion-s

top按鈕禁止所有Ca

rous

e

l（WIP

s

ta

tion和Re

a

ctor模組），Robot和Boa

t

Ele

va

tor移動。諒氣體系統被架構當電源關機，沒有反應氣體能夠流動。諒欲進入機台移動零件，提供Inte

rlock，避免誤動作。諒如果有障礙物被偵測到，操作門和隔離門立即停止和再度開啓，。諒當操作門打開，WIP

ca

rous

e

l將不會旋轉。諒Inte

rlock面板包含一組開關，Inte

rlock電子電源，外部的控制和反應氣體。7產品和設備安全性National

Nano

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國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料1

6維修容易一些產品和設備安全特性如下：諒R

e

a

ctor過熱保護，當加熱元件或冷卻水系統溫度超過預設值時，加熱元件關掉電源。諒在外邊火炬系統延伸的Inte

rlock，包括火焰偵測和H2／O2比例Inte

rlock。諒壓力Inte

rlock（一般設定在2Torr）保護在LP

CVD系統反應氣體的流量。諒壓縮空氣和N2流量Inte

rlock處理氣體。諒製程Inte

rlock，在Re

cipe階段：－Ala

rms－Aborts諒可見及可聽的警報：－在WIP櫃的方向色碼信號燈，提供簡單的和快速辨認狀態的工具。－Re

cipe-a

ctiva

te

d警告能夠被程式化在兩個可聽見的音調。1.6維修容易欲進入A-400維修，可從電腦操作區或者維修區著手。特性包括：諒在各模組架上之門允許進入到所有設備。諒維修門在提供容易進入給予boa

t/plugqua

rtzwa

re檢查和置放諒玻璃檢視門在提快速視覺檢查。諒起重機構包括給予舉起re

a

ctor組合。諒在冷卻水電路上有彈性的橡皮管連接到re

a

ctor

fla

ng

e

s和wa

te

r-coole

dre

a

ctor

ja

cke

t有快速接頭。諒較不需要維修的R

obot。8National

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國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料2、Reactor模組介紹Dry／Wet

OxidationDry

Oxidation使用氣體：

N2：1－20slmO2：1.5－15slmN2O：1－10slmTrans-LC製程溫度：800～1000℃製程厚度：25－350⒏製程介紹：以Dry

Oxidation所長出的SiO2將具備較佳的氧化層電性。因此只要是所需要的SiO2層的電性品質的要求很高或是所需的厚度不厚時，通常都以Dry

Oxidation來執行SiO2的S製i作(s)。

O2

(g)

SiO2

(s)如Gate

Oxide便是其中之一。在矽的氧化反應中，以N2

O氣體，形成S

iO2進行“Nitrida

tion”以減少S

iO2層內一些未完全的鍵結的鍵結數量，以提升S

iO2層的電性或是在S

iO2裡加入少量的氟，也可以幫助改善傳統熱氧化S

iO2層一些性質。9National

Nano

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future

國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料We

t

Oxdia

tion使用氣體：H2：1－15slmO2：1.5－15slm製程溫度：900～1100℃製程厚度：350－10000⒏製程介紹：當所需要的氧化層厚度很厚，且對氧化層的電性要求不高時，WetOxdiation便是一個很好的選擇。因為氧化速率較快，可以節省製程所需要的時間，主要的應用如Field

Oxide的製作。較高的爐管溫度，可以避免未反應完全的氫氣的累積，以預防所謂的“氫爆＂。210National

Nano

Device

L

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國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料1H2

(g

)

O2

(g

)

H2

O(g

)2

.2

P

oly／In-S

itu

De

pos

ition2

.1

.1

P

oly

De

pos

ition使用氣體：

N2：1－5

s

lmS

iH4

：1

s

lm製程溫度：550

～650℃製程厚度：500-5000⒏製程介紹：所謂的P

olys

ilicon，就是一種由多種不同Crys

ta

l

Orie

nta

tion的S

ing

le

Crys

ta

l

of

S

ilicon

Gra

ins所組成純矽物質。更簡單的說，就是介於晶矽與Amorphous

S

ilicon之間的一種純矽。其中，多晶矽內的每個單晶晶粒彼此間，則是一種二次元De

fe

cts—Gra

inBounda

ry所隔開。因為晶粒界面內含有各種的Line

De

fe

cts及P

oint

De

fe

cts，這使得雜質經這些晶粒界面而進行擴散的能力，將較經由晶粒內部的還來得快。就是基於這個因素，我們才會選擇對多晶矽進行摻雜，以改變其電性，並獲得符合製程所需求的矽＂。以LP

CVD沉積的多晶矽，本身的Re

s

is

tivity很高。因此可以做為IC設計上所需要的Re

s

is

tor經He

a

vily

Dope

d後的P

olys

ilicon，則因為電阻率可以降到500

~1200

μ繩-c

m之間，因此可以成為IC元件的導電材料。除了這兩種功能之外，Tre

nch

S

tructure也可以用LP

CVD多晶矽加以填入，以做為DRAM的電容器，或是做為不同元件間的Is

ola

tion之用。在現在的商業化VLS

I製程裏，多晶矽的沉積，都是以LP

CVD的方式，藉著將矽甲烷（S

ila

ne，即S

iH4

）經加熱後解離的方式，如下式所示，來沉積所需要的多晶矽層。11National

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國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料SiH4

(g

)

S

i(s

)

2H2

(g

)在上圖即示有上式的反應速率對溫度的倒數作圖的曲線。假如進行上式的反應溫度低於575℃以下，則所獲得的矽沉積將以

Amorphous的形態存在。如果溫度介於575℃到650℃之間，則P

olys

ilicon的反應將發生，而且溫度愈高，其Crys

ta

llinity將愈明顯。基本上，上式的P

olys

ilicon沉積反應的溫度若太高，反應會傾向以Homog

e

ne

ous

Nucle

a

tion的方式進行，使沉積的Uniformity變差；但是如果溫度降的太低，則會有沉積速率太慢的困擾。因此，在商業的應用上，溫度大都控制在600℃到650℃左右，壓力約在0.3到0.6

Torr之間。在這個操作區間內，沉積反應的反應速率是由S

iH4的濃度或稱為P

a

rtia

l

P

re

s

s

ure所控制的。12National

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國家奈米元件實驗室垂直爐管技術資料In-S

itu

De

pos

ition 2.